访问双 std::array 的元素

Question

我的问题是关于访问双 std::array 元素的效率。由于std::array 是一个静态大小的容器，我希望它的数据存储在一个连续的内存块中，并且访问std::array 的元素与C 样式数组相同。使用std::array 不应增加任何额外开销。

访问双精度数组std::array<std::array<T,N>,M> 的元素是否已优化？

例如我必须在下面提供源代码。

#include <array>
#include <random>

int main(){
  std::array<std::array<int,4>,2> a;

  for(int j=0;j<4;j++)
    a[0][j] = rand();

  for(int j=0;j<4;j++)
    a[1][j] = rand();

  int r = a[0][1] + a[1][3];
  return r;
}

1. a 是否使用单个内存块？
2. 访问具有常量索引的元素（即a[1][3]）是内存中的单次移位还是双次移位？
3. 在循环中访问元素需要多少次移位（即a[1][j]）

我在上面的例子中使用了 godbolt.org 来检查汇编代码，看起来gcc -O4做得很好。

例如访问a[1][3]和a[0][1]被编译为：

    mov     eax, DWORD PTR [rsp+28]
    add     eax, DWORD PTR [rsp+4]

但是，我可以在更复杂的示例中使用此发现吗？ 还是我应该坚持简单的std::arrays来控制访问效率？

双std::array中是否有任何ISO标准描述？

Answer 1

1. 是的，它位于连续的内存块中
2. 在优化甚至非优化代码中不涉及移位（除了可能用于索引一维数组的简单移位之外）。 std::array 与常规 C 样式数组的不同之处在于，编译器无法确定数组在内存中的布局方式（即行是第一个还是列，大多数编译器按行顺序排列，但是这并不重要），如何解决索引（是否涉及任何乘法“移位”）等。它是一个简单的一维数组，其中每个元素都是给定的类型（在您的情况下，每个元素都是一个数组本身）。下面的例子应该证明我在说什么。
3. 无班次，见上和下

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#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

template <int size>
using int_arr = int[5];

int main() {
    // an array of 5 arrays, unlike int arr[5][5]; 
    int_arr<5> arr[5];

    // first operator[] will resolve to the first array, return a 
    // reference to it and then the second will resolve to the correct
    // integer.  Similar to ((arr[0])[0])
    arr[0][0] = 12;
    cout << arr[0][0] << endl;

    return 0;
}